JP2004530901A - Power detection circuit used for power amplifier - Google Patents
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Abstract
好ましくはインダクタ・コンデンサ共振回路である短絡素子はセンス・トランジスタと並列に接続されていて、そのセンス・トランジスタ自身はパワー・トランジスタと並列に接続されている。センス・トランジスタと組み合わせて短絡素子を使用することにより、単調な電力検出器を有する技術を得る。短絡素子はセンス・トランジスタの寄生のコレクタ−ベース・ダイオードとコレクタ−基板・ダイオードによって引き起こされる余分な電流を除去し、又パワー・トランジスタとセンス・トランジスタに接続されているインダクタ間の相互のカップリングにより生じるセンス・トランジスタの余分なコレクタ電圧の変動を除去する。The short element, preferably an inductor-capacitor resonance circuit, is connected in parallel with the sense transistor, which itself is connected in parallel with the power transistor. The use of a short circuit element in combination with a sense transistor provides a technique with a monotonic power detector. The short-circuit element eliminates the extra current caused by the parasitic collector-base and collector-substrate diodes of the sense transistor, and also provides a mutual coupling between the power transistor and the inductor connected to the sense transistor. The extra fluctuation of the collector voltage of the sense transistor caused by the above is removed.
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、モニタ回路、より具体的には例えば無線通信のような特定の応用に用いられた場合に、電力増幅器、トランジスタ等によって供給される電力をモニタリング(monitoring)する技術の改善に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体電力装置は、無線信号の生成を含む様々な応用に使用されている。そのような応用においては、特定の装置によって出力される電力の大きさを確かめることは、必要および/又は、望ましいことである。
【0003】
図1は、コンデンサ102を通して入力された無線周波数(RF)信号によって負荷101に供給される電力を計測するための従来技術の典型的な回路構成を図示したものである。実際のチップは、チップ上(on chip:オンチップ)のコンデンサ102、回路104、トランジスタQ1,Q2を有し、図1の点線103によって囲まれて示される。ボンディング・パッド(bonding pads)110〜112は、チップ外(off chip: オフチップ)信号が送信されるときに実際のチップからピンへのインターフェースを表している。インダクタ114は、接地インダクタンスを表しており、インダクタ115と116は、例えばチップ・パッケージのリードフレームのインダクタンスばかりでなく、ワイヤボンディングによって生じるインダクタンスである、固有のインダクタを表している。
【0004】
典型的には、図1のオフチップ・マッチング・ネットワーク132を介してRF信号130によって負荷101は駆動される。負荷に供給された電力を計測するために、いくつかの技術が利用可能である。あるものは電位分割回路を含み、そして負荷に加えられた信号の変化を計測する。他のものは、オフチップの平均化回路を利用する。その上、複数の他の方法も同様に存在する。
【0005】
図1の構成は負荷に送られる電力を測定する従来技術の1つを示す。より具体的には、トランジスタQ2はトランジスタQ1に比べてかなり小さい値が選択されており、トランジスタQ2を通過する電流は、トランジスタQ1を通過する電流の1%、又はそれ以下となっている。平均化回路は、抵抗140とコンデンサ142を含んでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
図2は、その装置によって送られる電力の関数として、図1のVdetectの電位のグラフを図示する。図2では、約1.8ワットでは、曲線の勾配が正になる点が特徴的である。この傾斜の変化は様々な要因によっている。図3には、トランジスタQ2の拡大した様子が図示されており、傾斜の変化の理由の一つは図3を見ると理解することができる。すなわち、ベース・コレクタ・ダイオード301と基板上のコレクタ・ダイオード302が示されている。この二つのダイオードはともに装置に固有のものであり、製造の物理的過程の結果として生じたものである。しかしながら、高い電力レベルでは、これらのダイオードは順方向バイアス状態となり、Q2のコレクタに対する追加の電流経路を生じさせる。したがって、図1において、「i_sense」と示された、計測された電流の値は、もはや装置によって送られた正確な電力の値とは言えない。その代わりに、比較的高い電力における高い電位への変化によってQ2のコレクタに対する追加の電流径路が生じるため、計測された信号が歪んでしまう。また、インダクタ115とインダクタ116の間のカップリングは電流「i_sense」における誤差をさらに生じさせる。その結果、図1に図示した計測システムは、小さい電力信号の場合でしか機能せず、高い電力の場合には適切に動作しない。
【0007】
上記のことを考慮すると、高出力電力において、電流供給と電力を計測するための、改良された技術が装置に必要である。この問題は、図1に示した回路に類似した回路が使われている無線通信装置において特に重要である。
【0008】
本発明の目的は、大きな構成部品やかさばったり、損失の大きい装置が不要な、電力の計測を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
従来技術における上記の問題やその他の問題は、本発明によって解決される。計測用トランジスタQ2は、パワー・トランジスタQ1と並列接続されている。短絡装置は、信号を接地短絡するための計測用トランジスタと並列接続されるが、その信号は入力されたRF信号とほぼ同じ周波数の信号に限られる。好適な実施例においては、短絡装置は、インダクタ/コンデンサ(LC)共振回路である。
【0010】
本発明によれば、電位が大きく変化し、上述した追加電流経路を生じる高い周波数信号は、接地短絡される。共振回路を用いることによって、大きなコンデンサを用いることを避けることができ、なおかつ短絡装置に望ましいインピーダンスを得ることができる。
【0011】
さらに、好適な実施例においては、短絡装置用のコンデンサをチップ上に構成しておき、LC共振回路のインダクタの部分はチップ・ボンディング・パッドに内在するインダクタとして構成するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図4に本発明の典型的な実施例を示す。動作において、RF信号420がコンデンサ402とQ1を通じて入力される。バイアス回路401は、従来のように動作する。抵抗409とコンデンサ410によって構成される平均化回路は、負荷抵抗411に送られる電力にほぼ比例する直流電圧Vdetect を供給する。
しかしながら、Vdetect によって生じる電流、従ってトランジスタQ2を通じて計測される電流は、前述の効果によって歪みを生じさせられる。具体的には、インダクタ408と409の間のカップリング、ベース・コレクタ・ダイオードと同様な、トランジスタQ2のコレクタと基板2の間の固有ダイオード、これらすべてが不正確な電流の計測につながる電流の歪みを引き起こす。
【0013】
コンデンサ406とインダクタ407の存在が、Q2のコレクタにおける信号の高周波数成分を最小化および/または除去する役目を果たす。これらの高周波成分は変化量であり、付加的な電流成分を生じさせ、それによって負荷411に送られる電力の計測を歪ませる。
【0014】
コンデンサ406とインダクタ407を望ましい動作周波数において共振するような値に決めることが好ましい。周知のとおり、LC共振回路の直列接続は、FR信号が送られる臨界周波数において、短絡回路のように見える。その上、コンデンサは最小の費用でチップ上に追加でき、インダクタ407はいずれにせよそのシステムに固有のワイヤ・ボンド・インダクタンスである。
【0015】
好ましい実施形態においては、Q1が形成されている基板上のレベルと、Q2が形成されている第2の基板上のレベルとの間の抵抗を大きくすることによって、Q2のコレクタにおける望ましくない外来信号の更なる除去を達成することができる。そのような技術の1つとして、Q1の周りに接地されたタップから離れた位置であるQ2の周りに、基板のタップを配置することを含んでいる。使われる技術に関わりなく、効果的に又十分にL2とL3の間のカップリングにより生じるクロス・インダクタンスを除去するために、基板は抵抗値を大きくした抵抗から分離されている。
【0016】
図4の変形された回路による装置の電力の関数としたVdetect の応答曲線を図5に示す。図5からわかるように、高い出力電力において勾配が正となっている部分は存在していない。この勾配が負の曲線は、フィードバック・システムにおいて重要であり、図2で示した従来のシステムのように曲線の勾配が正に変わっている場合には、フィードバック・システムは不安定になりうる。
【0017】
本発明の別の実施例を図6に示す。ほとんどの構成要素は前述の図4に関する構成要素とほぼ同様であるので、その説明は繰り返さない。
【0018】
平均化回路601はレジスタ602とコンデンサ603を備えている。二つの直列接続されたインダクタ604、605が使われている。インダクタ604(伝送ラインにもなりうる)はRFにおいて大きなインダクタンスを供給する。インダクタ608とレジスタ609は設置されているコンデンサ607の中に本来備わっている寄生構成要素である。回路の残りの動作は、前に述べたものと同じである。
【0019】
インダクタ605と608はコンデンサ607と協働して、共振回路として働く。インダクタ605はボンディング・パッド606のインダクタンスを表している。コンデンサ607とインダクタ608、605は、回路の共振周波数が入力されたRF信号の周波数とほぼ同じとなるように選択されている。
【0020】
その望ましい周波数では、Q2のコレクタに入る経路が短くなり、それによって計測を乱す歪みが小さくなる。しかしながら、図6の実施例は図4の実施例よりも好ましくはない可能性がある、ということを述べておく。図6に示されているカップリングK23が、図4の実施例ではそのようなカップリングはほとんどなくなるのに対し、図6の方法ではあまりしっかりと低減されないという事実による。カップリングK23を小さくするためには、ワイヤボンドとピンアウトとを互いに離さなければならない。さらにカップリングを減少させるためにはグラウンド・ワイヤボンドおよび/又は、グラウンド・ピンをそれらから離さなければならない。
【0021】
しかしながら、図6の実施例は上記図3に関して論じた二つの誤差源を除去しており、また、図4に示した実施例においては必要であると思われる、構成要素をチップ上に製造することを必要としないという潜在的な利点をもっている。この二つの技術の間での選択すること又は計測トランジスタQ2と並列に短絡回路を実現する他の技術を選択することは、設計者の選択次第である。
【0022】
本発明の好ましい実施例について述べてきたが、様々な他の改善や付加は当業者にとっては、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】負荷に対して電力を送る方法に関する従来技術の回路配置を示す図である。
【図2】図1の回路配置における電位の変化を示す図である。
【図3】図1の回路配置で用いられているトランジスタ装置の固有のダイオードを示す図である。
【図4】本発明の典型的な実施例を示す図である。
【図5】図4の回路配置における電圧の変化の様子を示す図である。
【図6】本発明の別の実施例を示す図である。【Technical field】
[0001]
The present invention relates to improvements in monitoring circuits, and more specifically, techniques for monitoring the power provided by power amplifiers, transistors, etc. when used in certain applications such as, for example, wireless communications.
[Background Art]
[0002]
Semiconductor power devices are used in a variety of applications, including the generation of radio signals. In such applications, it is necessary and / or desirable to ascertain the magnitude of the power output by a particular device.
[0003]
FIG. 1 illustrates a typical prior art circuit configuration for measuring power supplied to a
[0004]
Typically, the
[0005]
The configuration of FIG. 1 shows one prior art technique for measuring power delivered to a load. More specifically, the value of the transistor Q2 is selected to be considerably smaller than that of the transistor Q1, and the current passing through the transistor Q2 is 1% or less of the current passing through the transistor Q1. The averaging circuit includes a
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0006]
FIG. 2 illustrates a graph of the potential of Vdetect of FIG. 1 as a function of the power delivered by the device. In FIG. 2, at about 1.8 watts, the point where the slope of the curve becomes positive is characteristic. This change in slope depends on various factors. FIG. 3 shows an enlarged view of the transistor Q2, and one of the reasons for the change in the slope can be understood from FIG. That is, a
[0007]
In view of the above, there is a need for an improved technique for measuring current supply and power at high output power. This problem is particularly important in wireless communication devices that use a circuit similar to the circuit shown in FIG.
[0008]
It is an object of the present invention to provide a power measurement that does not require large components or bulky or lossy equipment.
[Means for Solving the Problems]
[0009]
The above and other problems in the prior art are solved by the present invention. The measurement transistor Q2 is connected in parallel with the power transistor Q1. The short-circuit device is connected in parallel with a measurement transistor for short-circuiting the signal to ground, but the signal is limited to a signal having substantially the same frequency as the input RF signal. In the preferred embodiment, the shorting device is an inductor / capacitor (LC) resonant circuit.
[0010]
According to the present invention, high frequency signals whose potentials change significantly and produce the additional current paths described above are shorted to ground. By using a resonant circuit, the use of a large capacitor can be avoided and the desired impedance for the short circuit device can be obtained.
[0011]
Further, in a preferred embodiment, the capacitor for the short circuit device is formed on the chip, and the inductor portion of the LC resonance circuit is formed as an inductor inherent in the chip bonding pad.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0012]
FIG. 4 shows a typical embodiment of the present invention. In operation, an
However, the current generated by Vdetect, and thus the current measured through transistor Q2, is distorted by the effects described above. Specifically, the coupling between the
[0013]
The presence of
[0014]
Preferably, the
[0015]
In a preferred embodiment, the unwanted extraneous signal at the collector of Q2 is increased by increasing the resistance between the level on the substrate on which Q1 is formed and the level on the second substrate on which Q2 is formed. Can be achieved. One such technique involves placing a substrate tap around Q2, a location remote from the grounded tap around Q1. Regardless of the technique used, the substrate is isolated from the increased resistance to effectively and sufficiently eliminate the cross inductance caused by the coupling between L2 and L3.
[0016]
The response curve of Vdetect as a function of the power of the device according to the modified circuit of FIG. 4 is shown in FIG. As can be seen from FIG. 5, there is no portion where the gradient is positive at high output power. A curve with a negative slope is important in a feedback system, and if the slope of the curve changes to positive as in the conventional system shown in FIG. 2, the feedback system may become unstable.
[0017]
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. Most of the components are substantially the same as the components related to FIG. 4 described above, and thus the description thereof will not be repeated.
[0018]
The averaging
[0019]
The
[0020]
At that desired frequency, the path into the collector of Q2 is short, thereby reducing the distortion that disturbs the measurement. However, it should be noted that the embodiment of FIG. 6 may be less preferred than the embodiment of FIG. The coupling K23 shown in FIG. 6 is due to the fact that in the embodiment of FIG. 4, such a coupling is almost eliminated, whereas in the method of FIG. 6, it is not so reduced. In order to reduce the coupling K23, the wire bond and the pinout must be separated from each other. To further reduce coupling, ground wire bonds and / or ground pins must be separated from them.
[0021]
However, the embodiment of FIG. 6 eliminates the two sources of error discussed with respect to FIG. 3 above, and manufactures components on a chip which may be necessary in the embodiment shown in FIG. It has the potential advantage of not requiring you. The choice between the two techniques or other techniques for implementing a short circuit in parallel with the measurement transistor Q2 is up to the designer.
[0022]
While the preferred embodiment of the invention has been described, various other improvements and additions will be apparent to those skilled in the art.
[Brief description of the drawings]
[0023]
FIG. 1 illustrates a prior art circuit arrangement for a method of delivering power to a load.
FIG. 2 is a diagram showing a change in potential in the circuit arrangement of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a unique diode of the transistor device used in the circuit arrangement of FIG. 1;
FIG. 4 illustrates an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing how a voltage changes in the circuit arrangement of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
Claims (19)
前記第1のトランジスタと並列接続された第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタおよび2のトランジスタに列接続され、所定の周波数範囲で実質的に短絡回路として動作するようにされた短絡素子と、
を備えた装置。A first transistor for supplying power to the load;
A second transistor connected in parallel with the first transistor;
A short-circuit element column-connected to the first transistor and the second transistor, and configured to operate substantially as a short-circuit in a predetermined frequency range;
An apparatus equipped with.
前記入力信号は前記所定の周波数範囲に存在するものであることを特徴とする請求項1に記載の装置。An input signal source connected to the first transistor;
The apparatus of claim 1, wherein the input signal is in the predetermined frequency range.
前記第1のトランジスタと並列に接続され、コレクタを有する第2のトランジスタそを備え、前記第2のトランジスタのコレクタは第1のインダクタ、第2のインダクタ、平均化回路の第1の直列接続体と接続され、前記第1と第2のインダクタとは接合点で接続され、この接合点にはレジスタ、コンデンサ、インダクタの第2の直列接続体が接続されたことを特徴とする装置。A first transistor for delivering power to a particular load;
A second transistor connected in parallel with the first transistor and having a collector, wherein the collector of the second transistor is a first series connection of a first inductor, a second inductor, and an averaging circuit; And the first and second inductors are connected at a junction, and a second series connection of a resistor, a capacitor, and an inductor is connected to the junction.
前記第2の直列接続体とこれに連結された前記第1のインダクタが、前記RF源とほぼ等しい共振周波数を有していることを特徴とする請求項10に記載の装置。The first transistor is connected to a radio frequency (RF) source;
The apparatus of claim 10, wherein the second series connection and the first inductor coupled thereto have a resonance frequency substantially equal to the RF source.
請求項11に記載の装置Wherein the first and second transistors are made on different substrates.
An apparatus according to claim 11.
前記マッチングネットワークが前記第1のトランジスタが設置されている集積回路上に設けられてはいないことを特徴とする請求項11に記載の装置。Further equipped with a matching network,
The apparatus of claim 11, wherein the matching network is not provided on an integrated circuit on which the first transistor is located.
前記共振回路はボンディング・パッドから形成されたインダクタを備えたことを特徴とする集積回路構成。First and second transistors formed on at least one substrate to form an integrated circuit; and a resonant circuit connected in parallel to the second transistor;
The integrated circuit configuration, wherein the resonance circuit includes an inductor formed from a bonding pad.
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